消毒剂驱动下的选择性基因表达与代谢演化：混合营养型短程反硝化/厌氧氨氧化系统中亚硝酸盐不稳定积累与活性增强机制

本研究揭示了消毒剂（PCMX/BEC）长期暴露对混合营养型短程反硝化/厌氧氨氧化（MPDA）系统的多重影响：通过抑制硫自养反硝化（SPDA）促进异养反硝化（HDB）优势，导致Thauera菌丰度上升而Thiobacillus/Thiothrix下降；胞外聚合物（EPS）中蛋白质（电子中介体）增加而多糖（碳源）减少；厌氧氨氧化菌（AnAOB）通过上调EMP途径（1.21-1.31倍）和TCA循环基因维持脱氮活性；同时发现Candidatus Kuenenia携带的抗生素抗性基因（ARGs）和毒力因子（VFs）存在公共卫生风险。

　　

Highlight

本研究首次系统揭示了日用消毒剂（PCMX/BEC）对混合营养型短程反硝化/厌氧氨氧化（MPDA）系统的长期影响机制。通过宏基因组和代谢组学分析，发现消毒剂压力下系统呈现"代谢重组-菌群更替-基因漂变"的三阶段响应特征，为废水处理系统中抗性基因传播预警提供了新视角。

Experimental setup

两个3升序批式移动床生物膜反应器（R0对照/R1消毒剂组）采用多孔聚氨酯载体（填充率40%），接种污泥浓度2.5-2.7 g/L。每日3个运行周期（每周期8小时），包含5分钟进水、470分钟缺氧搅拌、5分钟沉淀和5分钟排水。R1组从第40天开始持续投加PCMX（0.5 mg/L）和BEC（0.3 mg/L）混合消毒剂。

Nitrogen removal performance before and after disinfectants exposure

对照反应器R0保持95%总无机氮去除率（TINRE），出水氨氮/亚硝酸盐/硝酸盐分别为3.10/0.50/0.77 mg-N/L。消毒剂暴露后，R1的TINRE降至83%，亚硝酸盐积累出现剧烈波动（0.2-4.8 mg-N/L）。硫限制条件下，硫自养反硝化活性下降62%，而异养反硝化贡献率提升至78%，导致短程反硝化（PD）过程失稳。

Conclusions

MPDA系统在消毒剂压力下呈现"代谢防御-电子竞争-抗性进化"的级联响应：Thauera主导的异养反硝化菌（HDB）通过EMP途径（上调1.28倍）和TCA循环（上调1.31倍）获取竞争优势；AnAOB通过增强固碳途径（Wood-Ljungdahl pathway）维持活性，但其携带的bla_TEM-1型ARGs和IV型分泌系统毒力因子（VFs）形成潜在生物风险。

Environment Implications

环境浓度PCMX/BEC消毒剂会引发"代谢抑制-菌群失衡-基因转移"的链式生态风险：①破坏硫循环关键菌Thiobacillus的电子传递链（ETC）复合体III ②促进病原菌-抗性基因共选择（co-selection）③使CRISPR-Cas防御系统失活（cas基因下调40%）。建议污水处理厂增设消毒剂预处理单元以阻断抗性基因环境传播。